(57)【要約】【課題】電池缶を溝入れ加工することにより、特に環状溝部上顎の先端部に生じる薄肉化を抑止して、封口時における十分な封口強度を確保し、環状溝部上顎の先端部に生じやすい電池缶の腐蝕や亀裂といった不具合を防止を図る。【解決手段】電池缶開口部近傍に溝入れローラー１２を押し込むことで内向きに形成される環状溝部の膨出量の変化量に応じて電池缶底部を支える下型１１の押し上げ量を調整し、環状溝部の下部に有る側壁から肉を供給していく。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを介して渦巻き状に捲回された極板群を上部が開口している有底円筒形状の電池缶に収容し、前記開口部の近傍を内向きに形成した環状溝部により支持された封口板により前記電池缶を密閉してなる電池であって、前記電池缶の側壁の肉厚ｔ１と、環状溝部の最も薄肉化された部分ｔ２との比（ｔ１：ｔ２）が１：０．８０〜０．９５であることを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
正極板と負極板とがセパレータを介して渦巻き状に捲回された極板群を上部が開口している有底円筒形状の電池缶に収容した後、前記電池缶開口部近傍を側壁の外側から溝入れローラーを押し込むことにより環状溝部を形成し、この環状溝部で封口板を支持して前記電池缶を密閉する電池の製造方法であって、前記溝入れローラーの押し込み量に応じて缶底部を支える下型の押し上げ量を可変させることによって、溝部内方向への膨出量と前記電池缶側壁の上方への送り量との同期を図り、前記電池缶の側壁の肉厚ｔ１と環状溝部の最も薄肉化された部分ｔ２との比（ｔ１：ｔ２）を１：０．８０〜０．９５にすることを特徴とする円筒形電池の製造方法。
【請求項３】
正極板と負極板とがセパレータを介して渦巻き状に捲回された極板群を上部が開口している有底円筒形状の電池缶に収容する工程と、缶開口部の缶側壁外側から溝入れローラーを押し込む溝入れ工程と、缶底部を支える下型を押し上げる押上げ工程とを有する円筒形電池の製造方法であって、前記溝入れ工程におけるローラーの所定深さまでの押し込み量を複数回に分割し、それに前記押上げ工程を同期させ、前記溝入れローラーの押し込み毎に缶の内側に向けて凹設される環状溝の膨出体積に等しい量だけ前記電池缶側壁の肉を環状溝部に供給し、環状溝の薄肉化を抑止する円筒形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻き状に捲回した極板群を内部に収容した有底円筒形状の電池缶に設けた環状溝部とその溝入れ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器或いはパソコン等の各種電子機器のポータブル化やコードレス化が急激に進んでおり、これらの駆動用電源として、高エネルギー密度で負荷特性の優れた密閉型電池が要望されている。特に電圧及びエネルギー密度が高く、貯蔵寿命が長いなどの、多くの特徴を有するリチウム電池が脚光を浴びている。
【０００３】
例えば、円筒形のリチウム二次電池は、図１に示すように正極板１と、負極板２とをセパレータ３を介して渦巻き状に捲回した後、この渦巻き状極板群５を有底円筒形の電池缶４の内部に収容し、次いでこの前記電池缶４内に所定量の電解液を注液した後、電池缶４の開口部にガスケット８を周縁に取り付けた封口板７を挿入し、前記電池缶４の開口部を内方向に折り曲げて封口している。このため、電池缶４の開口部近傍の内周面には、封口板７を載せて支持するための環状溝部６が形成されており、この環状溝部６は電池缶４の開口部近傍の外周面に開口に沿った環状溝を凹設することによって、前記電池缶４の内側に膨出する部分により形成される。なお、渦巻き状極板群５の上部から引き出された正極用リードは缶の封口以前に封口板７の裏側に溶接される。この種の封口板支持のための環状溝部６を電池缶４に形成するための方法は特許文献１等に記載のように、種々提案されている。
【０００４】
すなわち、図２に示すように溝入れ装置の下型１１には渦巻き状極板群５が収納された電池缶４の底部が挿入されており、缶開口部を支える上部の中子９側に向けて前記下型１１を所定の圧力で押圧しながら、中子９と電池缶４とを一体的に矢印方向に回転させる。この状態で、溝入れローラー１２が所定の圧力で電池缶４の外周面に圧接され、ローラー先端形状に倣って前記電池缶４の開口部近傍には内向きに環状溝部６が形成される。この時環状溝部６の肉厚は、渦巻き状極板群５を収容する電池缶４内の有効体積を向上させるために電池缶４の側壁の肉厚よりも薄く形成される。
【０００５】
しかし環状溝部６の肉厚が缶側壁に比較し薄く形成されると、前記電池缶４の開口部の封口時には座屈変形を生じ易くなり十分な封口強度が得られず、更に環状溝部６の薄肉化した部分は他の部分により耐腐食性に劣り、亀裂が入りやすいという問題を生じる。
【０００６】
すなわち、環状溝部６は電池缶４の開口部近傍の外周面に溝入れローラー１２を押込むことで、ローラーの先端形状に倣った溝形が形成されるが、この形成の際に下型の押上げ量が小さいと、環状溝部６の下部に有る側壁からの肉の供給が十分でない為、環状溝部上顎の肉が溝入れローラー１２により引き伸ばされて環状溝部上顎先端部に薄肉化が生じる。その状態は図１０に示すように前記電池缶４側壁の肉厚ｔ１と環状溝部６の最も薄肉化する部分である環状溝部上顎の先端部の肉厚ｔ２との比は、ｔ１：ｔ２＝１：０．７３程度である。この薄肉化により前記電池缶４のこの部分の機械的強度は低下し、開口部の封口時には座屈変形を生じ、十分な封口強度が得られなくなる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−５０７９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するもので、電池缶を溝入れ加工することにより、特に環状溝部上顎の先端部に生じる薄肉化を抑止して、封口時における十分な封口強度を確保し、前記箇所において生じやすい電池缶の腐蝕や亀裂といった不具合を防止することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では電池缶開口部近傍に環状溝部を形成する際、溝入れローラーを押し込むことで内向きに形成される環状溝部の膨出量、すなわち体積変化量に注目し、この変化量に見合った肉量を環状溝部の下部に有る側壁から供給していくものであり、これにより環状溝部の薄肉化を抑止することができ、十分な封口強度を保った電池を得ることが可能となる。このことにより、電池缶の開口部近傍の側壁の肉厚ｔ１と環状溝部の最も薄肉化する部分の肉厚ｔ２との比ｔ１：ｔ２を１：０．８０〜０．９５とするものである。前記の肉厚ｔ２は、環状溝部の最も薄肉化する部分、特に環状溝部上顎先端付近であるが、このｔ２の比率が０．８未満になると前記電池缶の環状溝部の薄肉化した部分は腐食しやすく、亀裂が入りやすくなる。更には前記電池缶の環状溝部の機械的強度は低下し、開口部の封口時には座屈変形を生じ、十分な封口強度が得られなくなる問題が生じる。
【００１０】
一方、環状溝部の最も薄肉化する部分の肉厚ｔ２の比率を０．９５より大きくする場合には、溝入れローラーの押込み量、すなわち溝深さを浅くしなければならず、前記電池缶の内側への環状溝の膨出量が小さくなる為、ガスケットで保持された封口板を前記環状溝に載置し、支持することが困難となる。よって、環状溝部の最も薄肉化する部分の肉厚ｔ２と電池缶の側壁の肉厚ｔ１との比が０．８０〜０．９５となるように前記電池缶への溝入れ加工を施すことが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図２は、本溝入れ製造装置を構成する溝部形成機構を示したものである。電池缶４は、渦巻き状極板群を内部に収容したものであり、その底部が上下動可能な下型１１に保持されて軸方向上向きに移動し、開口部が中子９に押し当てられ、密着した中子９により電池缶４に回転が与えられる。溝入れローラー１２は、電池缶４の外周面の開口部近傍に押当てられ、等速で所定の深さまで送られその結果として、内向きの環状溝部６を形成する。この際、電池缶４を保持した下型１１の送り量は、溝入れローラーにより環状溝部上顎の肉が引き伸ばされないように環状溝部６の下部に有る側壁から適切量の肉を供給する。
【００１３】
このように構成される製造装置で、本実施形態に係る溝入れ方法を説明する。
【００１４】
先ず、溝入れローラー１２は理想的に電池缶４に食い込んでいき、溝入れ加工による環状溝部６の薄肉化は無いものと仮定して溝入れローラー１２を電池缶４の開口部近傍の外周面に押し込む時、ある押し込み量における環状溝部６の形成による体積増分を求め、これを電池缶４の断面積で商することで、理論的に下型１１の上方向の押し上げ量が算出でき、下型１１の上に向けての移動量が求まる。
【００１５】
具体的には、図４に示すように溝入れローラー１２と電池缶４が接触していない状態から溝入れローラー１２が所定量の深さまで移動し、図９に示す所定の深さに環状溝部６を形成するまでの溝入れローラー１２の押し込み量をＮｍｍとし、この押し込み量Ｎｍｍを任意の回数に分割する。
図４〜図８で示されるように、各回の溝入れローラー１２の押込み時による環状溝部６の形成によって変形された部分１０の体積と、その前の回における環状溝形成部分との体積の差を電池缶４の横断面積（（Ｒ２−ｒ２）・π／４）で商することにより各回の下型の押し上げ量が求まる
（実施例）
以下、対象電池を外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍのリチウムイオン二次電池１８６５０タイプとした実施例を示す。図２の電池缶４は鉄素材にニッケルメッキを施したものであり、その外径は１８ｍｍで、環状溝を形成する部分の缶側壁の肉厚ｔ１は０．１９ｍｍで、溝入れローラー１２の押し込み量は１ｍｍである。図４は、溝入れ加工前であり溝入れローラー１２は電池缶４に接触していない状態であり、図５は溝入れローラー１２の押し込み量が０．１ｍｍ、図６は溝入れローラー１２の押し込み量が０．４ｍｍ、図７は溝入れローラー１２の押し込み量が０．７ｍｍ、図８は溝入れローラー１２の押し込み量が１ｍｍの最終状態である。
【００１６】
溝入れローラー１２の押し込み量と下型１１の押し上げ量の関係の一部を、表１に示す。ＳＴＥＰ１の溝入れローラー１２の押し込み量が０ｍｍの時、下型１１の押し上げ量は０ｍｍであり、ＳＴＥＰ２で溝入れローラー１２が０．１ｍｍ移動するとそれに伴い、下型１１は０．０７ｍｍ移動する。更にＳＴＥＰ３で溝入れローラーが０．３ｍｍ移動すると同時に下型は、０．３３ｍｍ移動し、ＳＴＥＰ４で溝入れローラー１２が０．３ｍｍ移動するのに伴い、下型１１は、０．４２ｍｍ移動し、次いでＳＴＥＰ５で溝入れローラー１２が０．３  ｍｍ移動し、最終押し込みに到達する時には、下型１１は更に０．３９ｍｍ移動する。
【００１７】
溝入れローラー１２は定速送りであるが、下型１１の上向きの送り量は、ＳＴＥＰ３〜５にかけてそれ以前のＳＴＥＰ１〜２に比べて大幅に大きくする。これにより、溝入れローラー１２の定速での押し込みが最終の１ｍｍの溝深さに向かって環状溝部の下部に有る側壁から環状溝部６の上顎に向けて肉が送り込まれる。
表１の値を用い実験した結果、環状溝部上顎先端部の肉厚ｔ２と缶側壁の肉厚ｔ１との比は０．８７であり、元の肉厚ｔ１に対し２割未満の薄肉化の割合で加工が出来る。これは溝入れローラー１２の押し込み量に応じて缶底部を支える下型１１の押し上げ量を可変させることにより、環状溝部内方向への膨出量と缶側壁の上方への送り量との同期を図り、環状溝部６を形成したためである。一方、溝付けローラー１２の押し込み量を複数回に分割しない従来の方法で同様のことを実施すると、ｔ２とｔ１との比は０．７３であった。
【００１８】
次いで前記電池缶４に所定量の電解液を注液し、環状溝部６にガスケット８を取り付けた封口板７を載せて缶開口部の封口を行ったが、座屈変形もなく十分な封口強度を持つ電池が得られた。
【００１９】
【表１】
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更に前記と同じタイプの電池缶４に、溝入れローラー１２の溝入れ深さを０．６ｍｍ〜１．２ｍｍまで可変させ、前記と同様の手法で溝入れローラー１２の押し込み量と同期させる電池缶４を保持した下型１１の押し上げ量を求め、各々の条件下で溝入れ加工を実施した。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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表２は、溝入れ加工時の溝入れローラー１２の設定溝入れ深さと、図３に示す電池缶４の側壁の肉厚ｔ１と内向きに膨出形成される環状溝部６の上顎先端部ｔ２との関係を示したものである。以下、環状溝部上顎先端部ｔ２を缶側壁の肉厚ｔ１＝１として対比し述べていく。溝入れ深さが０．６ｍｍの時は、環状溝部上顎先端部ｔ２は０．９８と薄肉化が抑止されており、電池缶４の機械的強度は溝入れ加工前と変わらない電池が得られた。次いで溝入れ深さが０．８ｍｍでは、環状溝部上顎先端部ｔ２は０．９５と溝入れ深さが０．６ｍｍの時に比較し若干劣るものの、所定量の電解液を注液した後、この環状溝部６にガスケット８を取り付けた封口板７を載置し缶開口部の封口を行ったが、座屈変形もなく十分な封口強度を持つ電池が得られた。次いで溝入れ深さを１．２ｍｍと電池缶４の要求スペック１ｍｍ以上に設定し溝入れ加工を行ったが、環状溝部上顎先端部ｔ２は０．８０であり、上記従来の方法で膨出形成された環状溝部上顎先端部ｔ２の０．７３より溝入れ深さが増したのにもかかわらず薄肉化が抑止されており、更にこの電池缶４に電解液を注液した後、膨出形成された環状溝部６にガスケット８を取り付けた封口板７を載せて缶開口部の封口を行ったが、座屈変形もなく十分な封口強度を有した電池が得られた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る円筒形電池缶の環状溝部および製造方法では、溝入れローラーを電池缶の開口部近傍の外周面に押し込み、このとき電池缶の内側に凹設される環状溝部の膨出量に注目し、この環状溝部の膨出量と缶側壁の上方への送り量との関係を論理的に算出し、溝入れローラーの押し込み量と下型の押し上げ量との同期を図ることで、溝入れ加工の際生じる環状溝部上顎の薄肉化を抑止することが可能であり、更に電池缶開口部を封口する際には、座屈変形が生じない十分な機械強度を有した電池を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒形電池の縦断面の斜視図
【図２】本発明の製造装置を構成する溝部形成機構の説明図
【図３】溝入れ後の缶側壁の肉厚と環状溝部上顎の肉厚の説明図
【図４】溝入れ加工前の溝入れローラーと電池缶の状態説明図
【図５】溝入れローラーが０．１ｍｍ電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図６】溝入れローラーが０．４ｍｍ電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図７】溝入れローラーが０．７ｍｍ電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図８】溝入れローラーが１ｍｍ電池缶に押し込まれた状態の説明図
【図９】溝入れローラーの所定の溝入れ量Ｎｍｍを分割した場合の説明図
【図１０】溝入れ後の缶側壁の肉厚と環状溝部上顎の薄肉部の説明図
【符号の説明】
１    正極板
２    負極板
３    セパレータ
４    円筒電池缶
５    渦巻き状極板群
５ａ  上部絶縁板
６    環状溝部
７    封口板
８    ガスケット
９    中子
１０  変形された部分
１１  下型
１２  溝入れローラー
ｔ１    缶側壁の肉厚
ｔ２    環状溝の最も薄肉化した部分の肉厚
Ｒ    電池缶の外形
ｒ    電池缶の内径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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